机电信息2009年第24期总第234期基于单片机的车速测量系统设计
王松林
傅和平
（洛阳师范学院物理与电子信息学院，河南洛阳４７１０２２）
摘
要：基于单片机的公路车速测量系统，详细介绍了系统的设计方案、工作原理、硬件结构、软件设计。该系统采用单片机STC11F01E
作控制和运算单元；用红外光电传感器监测车辆的通过并由单片机计算车速，如果车速超出设定范围可将数据保存并启动报警及交通录像系统。
关键词：单片机；车速测量；红外光传感器
在公路上超速行驶是较为常见的交通违章，且是引发交通事故的重要原因。交管部门要对超速违章进行管制和处罚必须有可靠的车速测量系统。现在应用的一般为雷达测速系统。但现在市场上有车载“电子狗”可以提醒车主是否进入雷达测速区[1]，使有些违章车辆逃避超速处罚并在不测速路段超速行驶。本文设计一种小型简单的测速系统，适合隐蔽安装，并且测速可靠，工作稳定。
1系统总体设计
车速测量系统采用单片机作为控制和处理单
元，两个外部检测电路检测是否有车辆通过，如图1所示，当车辆经过检测电路A 时，单片机开始计时，当车辆经过检测电路B 时，单片机停止计时，根据AB 电路安装的距离和计时时间可就算出车速，当车速超出设定范围时，单片机启动报警电路和摄像系统，并可将数据保存，或远传给上位机，以备查询。
2硬件电路设计
作为系统的控制核心，单片机选用STC11F01E [2]，
STC11F01E 是一款高速度单片机，晶振频率选择12MHz ，每个机器周期只有1／12μm ，它有2个8位并行双向输入／输出（I ／O ）端口，5个支持掉电唤醒的外部中断，2个16位可编程定时计数器，1KB 内部程序存储器，256B 数据存储器，并且有2K 的EEPROM ，可将违章相关信息或其它重要数据永久保存。
检测电路采用38KHz 调制红外光电传感器，该传感器包括红外光发射部分和接收部分，发射和接收部件分别安装在道路两侧，发射管一直发出38KHz 的调制红外光，无物体遮挡可被接收管接收，接收管只对38KHz 的红外光起作用。没有车辆
通过时，接收管接到红外光信号饱和导通，检测电路输出低电平信号，经触发器反相输出高电平信号给单片机，当有车辆遮挡时，接收管接不到红外光信号，光电管截止，输出低电平信号给单片机。触发器对检测电路输出信号起到整形作用，每辆车经过，单片机接收到一个负脉冲信号，该信号触发单片机的中断，作为定时器的启动和停止控制信号，系统测速及控制部分硬件电路设计如图2所示。
3软件设计
系统工作过程中，主要由中断进行相应的处理，主程序只
需要完成必要的初始化、设置软件看门狗等功能。中断程序流程如图3所示，有中断发生时，首先应该判断是否为第一次中断，若是则进入计时状态，否则要停止计时并根据计数器的计时结果计算车速并作相应的处理，如果速度超出设定范围，处理包括吸合控制报警电路和摄像机的继电器，把数据保存在EEPROM 中。程序的设计能使车辆从两个方向通过时都能正确计算，另外可以保证计时的精确性，从硬件引发中断到软件执行中断中间有一定的时间差，选用高速单片机能有效缩短这一时间，根据程序设计，延迟时间在1μm 左右，两次进入中断定时器操作前执行程序相同，程序执行时间都有延迟，这部分误差抵消，存在的误差为两次中断处理等待时间的差别，由于中断少，没有嵌套，这个误差不超过0.4μm ，假设两检测电路距离为1m ，车速100km ／h 时的计时时间为36μm ，0.4μm 的误差可忽略不计
。
Keji
Qianyan ◆科技前沿
35
3.1DCS系统的安全性及可靠性如何
为保证系统的安全可靠性，可以采用上下互为备用的方式，即在原辅助系统的控制室中保留一套上位机，一旦集中的DCS系统出现网络故障时，在原来的分散控制室内仍可操作，为防止出现上下同时操作的情况，在上位机界面上做闭锁，即上下同时只允许一处操作；同时也可在网络采用双缆配置，PLC采用双机热备运行等。在调试及检修时，可在现场机柜上预留接口，以方便现场调试及检修。在软件上尽可能的采用当今的计算机软件技术的最新发展成果，使得整套DCS系统比以往分散独立的控制系统有更高的安全可靠性。
3.2目前燃气电站是否有必要采用DCS系统
从经济的角度上分析采用DCS系统的必要性。DCS系统的应用，可以大幅减少燃气电站值班人员的数量，方便维护、检修，对电站的安全性能也有了大幅度的提高。这样，就使电站的运行成本有所下降，提高了燃气电站的经济效益。
4DCS系统未来的发展方向
DCS控制系统未来将向两个方向发展：
一个是向上发展：向CIMS计算机集成制造系统，CIPS计算机集成过程系统发展，也就是向系统信息化集成的模式发展。系统信息化集成提供了从现场到设备、从设备到车间、从车间到工厂、从工厂到企业集团的整个信息通道，体现了信息的全面性、准确性、实时性和系统性。在硬件方面，提高存贮容量、传输速度，使用网络接口的标准化水平；在软件方面，可以完善系统软件程序的安全性和可靠性，并采用标准化原则、实用性、安全性和性价比原则等。
另一个是向下发展：即向FCS现场总线发展。现场总线的应用在仪器仪表业带来一场深刻的变革，将传统的信号、通信、系统标准河自控系统的体系结构、设计方法，安装调试等也将带来新的思路。基金会现场总线是在多台智能化现场设备及自动化系统间的有数字化的双向的多站通信连结而成的一种网络，取代4～20mA模拟信号标准，用于连结智能现场总想仪表和控制室设备的双向数字多站通信协议。现场总线控制系统将是控制的最终地分散，它把控制功能移到了现场，替代了控制站。
有人预计21世纪的控制是FCS取代DCS时代。但是，现场总线研究课题开发工作还在进行之中，一些控制功能和标准还不完善，其发展方向人们正拭目以待。
［参考文献］
［１］燃气电站设计规范．山东胜动燃气发电工程设计咨询有限公司，２００６（１１）
［２］刘福荣．集散控制系统［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６
图1DCS系统组成
4结语
该车速测量系统结构简单、体积小、耗能少，安装调试和维护简单，利用单一频率红外光信号作为检测手段，有较强的抗干扰能力。该系统应用在公路车速测量时，能有效的避开车载侦测装置的侦测，可为交通管理部门提供可靠的监测信息，对提高交通管制的效果和消除事故隐患具有重要的意义。
［参考文献］
［１］傅和平等．调制式红外光汽车速度识别系统的研究［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２００７，２７（８）：１５３１～１５３４
［２］ＳＴＣ１１／１０ｘｘ系列单片机器件手册
图3中断程序流程图（上接第24页）
科技前沿◆Keji Qianyan
36
